+7 (3822) 609-826
Разработка программно-аппаратного комплекса дистанционного управления роботом-манипулятором
Проектировщик: Буланов Илья Алексеевич, 11 класс, 18 лет
Преподаватель: Полуэктов Антон Андреевич, педагог дополнительного образования
ЦДОД "Дом научной коллаборации имени М.В. Ломоносова"
Преподаватель: Полуэктов Антон Андреевич, педагог дополнительного образования
ЦДОД "Дом научной коллаборации имени М.В. Ломоносова"
О чем мой проект?
Мой проект - манипулятор, управляемый дистанционно при помощи датчиков мышечной активности. Проект может использоваться на промышленном производстве, а также
в составе экзоскелета, увеличивающего силы человека.
в составе экзоскелета, увеличивающего силы человека.
Актуальность
Тенденция
по расширению сфер применения роботов
по расширению сфер применения роботов
Необходимость
в разработке иных систем управления
в разработке иных систем управления
Потребность
в увеличении спектра человеческих возможностей
в увеличении спектра человеческих возможностей
Потребность
в медицинском протезировании
в медицинском протезировании
Аналоги
Большинство современных манипуляторов используются
на промышленном автоматизированном производстве. Изучая рынок, мы заметили,
что значительная часть техники производится за границей: FANUC, Yaskawa, SEKIRUS и т.д. Такие манипуляторы контролируются с управляющей панели либо автоматически.
Существует несколько российских компаний, создающих свои манипуляторы на базе иностранных производителей - Фолипласт (на базе немецких роботов KUKA)
Экзоскелеты применяются пока не так широко. В Росии есть компания ЭкзоАтлет, занимающаяся производством экзоскелетов для реабилитации
на промышленном автоматизированном производстве. Изучая рынок, мы заметили,
что значительная часть техники производится за границей: FANUC, Yaskawa, SEKIRUS и т.д. Такие манипуляторы контролируются с управляющей панели либо автоматически.
Существует несколько российских компаний, создающих свои манипуляторы на базе иностранных производителей - Фолипласт (на базе немецких роботов KUKA)
Экзоскелеты применяются пока не так широко. В Росии есть компания ЭкзоАтлет, занимающаяся производством экзоскелетов для реабилитации
Преимущества проекта
Относительно невысокая стоимость
Массовая доступность
Уникальное в своем роде управление манипулятором
Идеален для работы в небольшом пространстве
Полное дублирование движения руки человека
Кому это интересно?
Поставщик материалов
Расширение сбыта продукта
Приобретающая сторона
Возможность расширить спектр услуг
Разработчик
Реализация своей идеи
и получение прибыли
и получение прибыли
Производитель
Получение выгоды от последующих продаж
Инвесторы
Вложение в развитие проекта
с последующим получением прибыли
с последующим получением прибыли
Конкуренты
Создание новой конкурентной среды и мотивация по разработке аналогов для сторонних компаний
Цель: разработать программно-аппаратный комплекс дистанционного управления роботом-манипулятором
Задача 1: Провести аналитический обзор существующих разработок роботов- манипуляторов, технологий, платформ и средств создания
Задача 2: Спроектировать функционал и характеристики интерактивного манипулятора, обосновать выбор оборудования для его реализации
Задача 3: Создать 3D модель, элементы и действующий прототип интерактивного манипулятора
Задача 4: Разработать программный компонент работы робота-манипулятора
Задача 5: Произвести сборку и тестирование разработки
Этапы выполнения проекта
- Осмысление механики движения и управленияПри создании прототипа мы решили создать манипулятор с двумя лапками. На данном этапе это удобный вариант, при котором мы можем с минимальными затратами ресурсов оценить работоспособность программы и всех деталей
- Разработка и печать моделей на 3D-принтереСоздавать детали мы будем в программе Компас 3D. Она позволяет моделировать объекты по чертежам, учитывая все задуманные размеры. Для печати мы задействовали PLA-пластик из-за его экологичности и удобства в использовании
- Сборка манипулятораПри сборке манипулятора также будем использовать несколько сервоприводов.
В качестве временного решения размещения оборудования мы закрепим несколько управляющих элементов в перчатке. Во время использования перчатка будет надеваться на руку и фиксировать датчики - Создание управляющей программыСоздавать программу мы будем в среде Arduino IDE на языке C/С++
Используемое оборудование
Платы Arduino Mega и Arduino Nano
Это программная база моего проекта.
В дальнейшем планирую перейти на систему Raspberry для расширения возможностей программирования
В дальнейшем планирую перейти на систему Raspberry для расширения возможностей программирования
Нейронабор-конструктор Bitronics
Датчики мышечной активности прикрепляются к руке и отвечают за управление самим захватом
Гироскоп
Отвечает за поворот манипулятора
Потенциометр
Управляет подъемом манипулятора
Перчатка
Внутри перчатки находятся потенциометр
и гироскоп.
Это временное решение по фиксации датчиков
и гироскоп.
Это временное решение по фиксации датчиков
3D-моделирование
и печать
и печать
Моделирование деталей осуществлялось в программе "Компас 3D". Всего было спроектировано 20 деталей
Сборка манипулятора
Сборка осуществлялась при помощи крепежных болтов. Все провода мы протянули вдоль манипулятора для аккуратности и надежности
Программирование
и подключение
и подключение
Для создания управляющей программы микроконтроллера использовалась программное обеспечение Arduino IDE.
Программировались три устройства - гироскоп, потенциометр и датчики мышечной активности.
Экономика прототипа
Набор Arduino МП КИТ MAXIMUS (1 шт.) — 6 500 р.
Высокоточный пруток для 3д принтера (2 шт.) — 2 400 р.
Набор-конструктор «Юный Нейромоделист» BiTronics Lab (1 шт.) — 33 000 р.
Конденсатор 6800mf/25v (3 шт.) — 750 р.
BOOST XL6009 DC-DC повышающий регулируемый преобразователь питания (1 шт.) — 300 р.
Серводвигатель SG90 (1 шт.) — 240 р.
Серводвигатель MG995 (3 шт.) — 1 620 р.
3-х осевой гироскоп и акселерометр GY-521 (MPU 6050) (1 шт.) — 300 р.
Итого: 45 110 р.
Высокоточный пруток для 3д принтера (2 шт.) — 2 400 р.
Набор-конструктор «Юный Нейромоделист» BiTronics Lab (1 шт.) — 33 000 р.
Конденсатор 6800mf/25v (3 шт.) — 750 р.
BOOST XL6009 DC-DC повышающий регулируемый преобразователь питания (1 шт.) — 300 р.
Серводвигатель SG90 (1 шт.) — 240 р.
Серводвигатель MG995 (3 шт.) — 1 620 р.
3-х осевой гироскоп и акселерометр GY-521 (MPU 6050) (1 шт.) — 300 р.
Итого: 45 110 р.
Итоговые характеристики
Максимальная дальность захвата - 420 мм
Рабочая высота - 300 мм
Грузоподъемность при максимальном вылете - 500 г
Величина раскрытия захвата - 70 мм
Длина основной горизонтальной балки - 220 мм
Длина основной вертикальной балки - 160 мм
Длина основания - 196 мм
Высота манипулятора - 240 мм
Рабочая высота - 300 мм
Грузоподъемность при максимальном вылете - 500 г
Величина раскрытия захвата - 70 мм
Длина основной горизонтальной балки - 220 мм
Длина основной вертикальной балки - 160 мм
Длина основания - 196 мм
Высота манипулятора - 240 мм
Демонстрация работы прототипа
Центр дополнительного образования детей
"Дом научной коллаборации имени М.В. Ломоносова"
"Дом научной коллаборации имени М.В. Ломоносова"
Адрес: Набережная Северной Двины 17к1, Архангельск
Телефон: (8182) 21-61-00 (доб. 3053)
Почта: e.yapere@narfu.ru
Телефон: (8182) 21-61-00 (доб. 3053)
Почта: e.yapere@narfu.ru